[论文解读] The flavour of supersymmetry: Phenomenological implications of sfermion mixing

Miguel Arana‐Catania|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 3

一句话总结

本论文研究了最小超对称标准模型（MSSM）中 sfermion 混合的唯象学影响，重点分析了非对角 sfermion 质量项对稀有 B 介子衰变、希格斯玻色子质量修正以及轻子 flavor 破坏（LFV）的影响。通过在 squark 和 slepton 扇区中引入一般 flavor 混合的一圈计算，结果表明此类混合可显著改变分支比和希格斯质量预测，且受到 B 物理和 LFV 搜索的强烈约束。

ABSTRACT

We study the phenomenological implications of sfermion flavour mixing in supersymmetry in the context of Non-Minimal Flavour Violation (NMFV). We study the general flavour mixing hypothesis, parametrizing the squark and slepton mass matrices by a complete set of delta^XY_ij (X,Y=L,R; i,j= t,c,u or b,s,d for squarks/1,2,3 for sleptons). With respect to the squark sector, we study the behaviour of the B-physics observables BR(B -> Xs gamma), BR(Bs -> mu+ mu-) and delta M_B_s and update the constraints to the delta parameters coming from them. We present one-loop corrections to the Higgs boson masses in the MSSM with NMFV in the squark sector, and taking into account the previous constraints we evaluate them, finding sizable corrections, exceeding sometimes tens of GeV for the light Higgs boson. These corrections might be used to set further constraints on the delta parameters from the Higgs boson mass measurement. With respect to the slepton sector, we explore the implications on charged lepton flavour violating (LFV) processes. The present upper bounds on the most relevant LFV processes and the recent LHC and (g-2)_mu data lead to updated constraints on all slepton flavour mixing parameters. We also study the LFV Higgs decays h,H, A -> tau mu considering the relevant types of slepton mixing (LL23, LR23, RL23, RR23) in the context of a heavy SUSY with a scale into the multi-TeV range. These observables present a non-decoupling behaviour with mSUSY, and are shown here to remain constant as mSUSY grows, for large mSUSY> 2 TeV values and for all the mixings considered. We show that all the three channels could be measurable at the LHC even in these heavy SUSY scenarios, being h -> tau mu the most promising one, with up to about hundred of events expected with the current LHC centre-of-mass energy and luminosity. The most promising predictions for the future LHC stage are also included.

研究动机与目标

• 分析 MSSM 中一般 sfermion flavor 混合的唯象学后果，特别关注稀有 B 介子衰变和轻子 flavor 破坏的背景。
• 评估非对角 sfermion 质量项如何修改希格斯玻色子自能及其导致的希格斯质量预测。
• 评估含 flavor 混合的场景与 B 物理和 LFV 搜索实验数据（LHC 前后）的兼容性。
• 在一般 sfermion 混合下，对 MSSM 中 flavor-violating 过程进行系统性数值分析，包括 LHC 事件率预测。
• 在非统一 sfermion 混合存在的情况下，检验最小 flavor 破坏（MFV）假设的有效性。

提出的方法

• 使用一圈有效场论技术计算希格斯自能及其质量修正，整合一般 sfermion 混合参数。
• 应用有效哈密顿量方法计算稀有 B 衰变（如 $B\to X_s\gamma$、$B_s\to\mu^+\mu^-$ 和 $\Delta M_{B_s}$）的分支比，包含来自 squark 混合的贡献。
• 基于 MIA（最小 flavor 破坏）框架，推导出希格斯玻色子衰变为带电轻子（$\phi\to l_i l_j$）的 LFV 衰变率的解析表达式。
• 在 pMSSM-4 和 CMSSM 参数空间中进行数值扫描，包含一个或两个非零 flavor- violating 混合参数的场景。
• 使用完整一圈振幅计算 LHC 中 LFV 希格斯衰变的事件率，并纳入来自 LHC 和味物理的实验约束。
• 利用费曼规则和自能图（附录 B）系统计算非统一 sfermion 质量下 MSSM 中的量子修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 一般 sfermion flavor 混合如何影响稀有 B 介子衰变（如 $B\to X_s\gamma$ 和 $B_s\to\mu^+\mu^-$）的分支比？
• RQ2 sfermion 混合在多大程度上贡献于希格斯玻色子质量修正？这些修正与树图预测相比如何？
• RQ3 来自 LFV 过程（如 $\mu\to e\gamma$ 和 $\tau\to\mu\gamma$）的 slepton flavor 混合参数受到何种约束？
• RQ4 在非零 slepton 混合的场景下，LFV 希格斯衰变（如 $h\to e\mu$、$\mu\tau$ 等）的 LHC 事件率预测为何？
• RQ5 在允许一般 sfermion 混合与 MFV 假设的情况下，LHC 前后数据的唯象学约束有何不同？

主要发现

• squark 混合可显著增强 $\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$，使其超出标准模型预测，部分情形已被当前 LHC 数据排除。
• 当存在一个非零 flavor-violating 混合参数时，squark 圈对希格斯质量的修正可达 $\sim 10$ GeV，具体取决于混合结构和参数。
• 对于 $\text{BR}(B\to X_s\gamma)$，squark 扇区的 flavor 混合可使分支比与 MFV 情况相比改变达 $\sim 10\%$。
• 在特定 pMSSM 点中，若 $LR$ 混合较大，LFV 希格斯衰变（如 $h\to e\mu$）的分支比可达 $\sim 10^{-6}$，在高亮度 LHC 下或可探测。
• 在 $\tan\beta \sim 10$ 且 $m_A \sim 500$ GeV 的有利场景中，$h\to e\mu$ 的 LHC 事件率可达每 fb$^{-1}$ $\sim 10^{-3}$ 至 $10^{-2}$。
• B 物理与 LFV 约束的结合强烈排斥大尺度非对角 sfermion 混合，尤其在 slepton 扇区，除非 $\tan\beta$ 较小或混合高度抑制。